JPS62157542A

JPS62157542A - 磁歪式トルクセンサ

Info

Publication number: JPS62157542A
Application number: JP29830385A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Kubota; 窪田　智気
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Shinsangyo Kaihatsu KK
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Shinsangyo Kaihatsu KK
Priority date: 1985-12-28
Filing date: 1985-12-28
Publication date: 1987-07-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、磁歪式トルクセンサに係わり、特に自動車の
駆動軸のようなシャフトの捩じれを検出することにより
シャフトに作用するトルクを測定する磁歪式トルクセン
サに関する。

〔従来の技術〕

一般に、自動車走行においては、前輪駆動の方が後輪駆
動に比して直進安定性が良いが、コーナリング時には、
戻ろうとするタイヤにハンドルで力を加えなければなら
ないので、前輪駆動の場合面がりにくい傾向がある。そ
の点、後輪駆動の方が曲がり易いが、駆動力が強すぎる
と、回り過ぎてしまう欠点がある。そこで、前輪と後輪
半々位の力で駆動するのが自動車走行上理想的であり、
その点、４輪駆動車は極めて優れている。ところで、自
動車の左右の車輪は、コーナリングの際に旋回半径が異
なるので、この影響を吸収し、スムーズにコーナリング
を行うために、旋回半径の差に応じて左右の車輪の回転
数差を吸収する機構、すなわちデフ機構（フロントデフ
、リアデフ）を備えている。この旋回半径の差は、前輪
と後輪との間にも生じるので、４輪駆動車においては、
旋回半径の差に応じて前輪と後輪の回転数差を吸収する
機構、すなわちセンターデフ機構を備えたものが提案さ
れている。

しかしながら、このセンターデフ機構は、前輪と後輪の
トルクを均等な比率に分配する機能を有するため、駆動
力伝達限界は、前輪あるいは後輪のうちの駆動力の低い
方の値にバランスすることとなる０例えば、前輪の一方
が空転すると、駆動エネルギーはそこに逃げてしまい、
後輪の駆動力は極めて小さくなってしまう。このため、
センターデフ付４輪駆動車は、センターデフ無し４輪駆
動車に比べて、路面摩擦係数が低い時などに、伝達駆動
力が劣ることがある。このことは、例えば加速時のよう
に大きな駆動力を発生させた時に、駆動力を充分に路面
に伝達できず＼前輪あるいは後輪のスリップ（空転）な
どの現象として現れる。

このような悪影響を防止するために、従来、前輪と後輪
間の動力伝達をセンターデフを介することなく直結させ
るロック機構を設け、加速時或いは悪路走行時のような
大きな駆動力を必要とする時は、センターデフ機構を手
動でロックさせ、大きな駆動力を必要としない通常走行
時には、手動でロックを解除していた。

しかしながら、センターデフ機構をロックして走行して
いる場合、コーナリング時、旋回半径が小さいと、前輪
側の回転数が後輪側の回転数よりも大きくなりすぎ、そ
の結果、前輪側に負トルクが発生し、あたかも前輪側の
みにブレーキがかかるというタイトコーナブレーキング
現象が生じる。

この現象のため、車速か大きく、旋回による遠心力が大
きい場合、タイヤが遠心方向に横滑りし、前後輪の回転
数差は、タイヤの滑りで吸収される−ことになり、コー
ナリング時の走行安定性に悪影響を及ぼすという問題を
生じていた。また、手動でセンターデフ機構のロックを
解除するにしても、路面状態を正確に判断できないため
、本質的な解決にはならない。

このように、センターデフ機構をロックして走行してい
る場合、タイトコーナブレーキング現象が生じるが、こ
れを確実に回避するためには、前輪のトルクを絶えず監
視し、例えば負トルクが発生した場合に、自動的にセン
ターデフ機構のロックを解除してやる必要があり、その
ため、駆動軸に作用するトルクを測定する必要が生じる
。

従来、シャフト等に作用するトルクを測定するために磁
歪式トルクセンサが用いられている。

第７図は従来の磁歪式トルクセンサを示し、同図（Ａ）
は斜視図、同図（Ｂ）は断面図で、図中、１はシャフト
、２は磁性体リング、３．４．５は磁性体リング２に設
けられたコア、６．７、Ｂはコアに巻回したコイルであ
る。

第７図において、例えばコイル３−を励磁すると、磁束
は、シャフト１、コア４、リング２からなる磁路と、シ
ャフト１、コア５、リング２からなる磁路とを通る。、
この状態でシ冷フト１にトルクが作用してシャフトが捩
じれると、シャフトの引っ張り部分と圧縮部分で磁気的
歪が生じて透磁率が変化し、コア４．５を通る磁束が変
化する。この磁束の変化は差動的に現れ、この変化をコ
イル７．８で検出することによりシャフトの捩じれ、即
ちトルクを測定することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来の磁歪式トルクセンサは、ト
ルクを測定するシャフトに対して磁界を軸方向と直角に
かける構造であるので、径方向の寸法が大きくなってし
まうと共に、突出したコアにコイルを巻くためその作業
が大変で、極めて生産性が悪いという欠点がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、径方向を小さくして、自動車の駆動軸等に作用するト
ルク測定にも適用できると共に、製作が容易で、コスト
低減化の可能な磁歪式トルクセンサを提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明は、シャフトの長さ方向に所定間隔を
おき、シャフトを囲んで配置した励磁コイルボビン上に
、前記シャフトの円周方向且つ同方向に巻回した第１、
第２の励磁コイルと、第１、第２の励磁コイルの間に、
シャフトを囲んで配置した検出コイルボビンにシャフト
の長さ方向に巻回した検出コイルとを備えた磁歪式トル
クセンサ及び差動機構のサイドギヤにより駆動される車
輪駆動用シャフトの長さ方向に所定間隔をおき、シャフ
トを囲んで配置した励磁コイルボビン上に、前記シャフ
トの円周方向且つ同方向に巻回した第１、第２の励磁コ
イルと、第１、第２の励磁コイルの間に、シャフトを囲
んで配置した検出コイルボビンにシャフトの長さ方向に
巻回した検出コイルとを備え、前記励磁コイルボビンと
前記検出コイルボビンとを結合して形成した磁歪式トル
クセンサを特徴とするものである。

〔作用及び効果〕

本発明の磁歪式トルクセンサは、シャフトの長さ方向に
所定間隔をおき、シャフトを囲んで配置した励磁コイル
ボビン上にそれぞれ励磁コイルを円周方向且つ同方向に
巻回し、前記励磁コイル間にシャフトを囲んで配置した
検出コイルボビンに対し検出コイルをシャフトの長さ方
向に巻回し、シャフトが捩じれて磁気的歪が生じた時に
発生するシャフトに垂直方向の磁界を検出コイルでピン
クアップするようにしたので、シャフトの径方向の寸法
を小さくすることができ、また円筒形ボビンの軸方向に
コイルを巻回する際、絶縁物質と導電体とを交互に接着
した平板を丸めて形成した径の異なる２つの円筒体を、
間に磁性体を挟んで嵌合させ、前記各円筒体の導電体上
下端を交互に接続して検出コイルを形成したので、円筒
形ボビンの内側を通してコイルを巻く必要がなく製造に
要する時間を大幅に節約でき、製造工程の自動化、コス
ト低減化をはかることができる。また、励磁コイルボビ
ンと検出コイルボビンを剛体的に結合して形成し、前記
各ボビンがシャフトと共に回転し−ないと共に、シャフ
トが捩じれてもボビンは捩じれないようにすることによ
り、シャフトが回転中であうでも、停止中であってもト
ルク測定を行うことができ、これを自動車の駆動軸に取
り付けることにより、駆動軸に作用するトルク測定を行
うことができる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明による磁歪式トルクセンサの原理説明図
で、図中、１０は作用するトルクが測定される回転又は
静止している強磁性体からなるシャフト、１１．１２は
励磁コイルボビン、１３．１４は励磁コイルボビン１１
，１’２上に、シャフトの周方向且つ同方向に巻かれた
励磁用コイル、１５は強磁性体のピックアップコイルボ
ビン、１６は円筒状磁性体１５上にシャフトの長さ方向
に巻回した検出用コイル、１７は励磁用電源である。

次に作用を説明すると、電源１７によりコイル１１．１
２を励磁すると、シャフトの長さ方向に磁界が発生する
。この状態で、シャフトにトルクが作用してシャフトが
捩じれると、シャフトに磁気的部が生じ、そのため磁界
は方向性が乱され、シャフトの周方向成分が発生し、そ
の結果コイル１６には電圧が発生する。この周方向成分
の磁界の大きさは、シャフトの捩じれ角、即ちシャフト
に作用するトルクに比例するので、コイル１６に発生す
る電圧を測定することによりトルクを測定することがで
きる。

ところで、第１図のピックアップコイルは、ボビンが円
筒形で、軸方向にコイルを巻く際、ボビンの内側を通し
、次にボビンの外側を通し、再び内側を通すという手順
をとらなければならず、製作が容易ではない。この作業
を省いて製作を容易にした実施例を以下に説明する。

第２図〜第５図はこのようなピックアンプコイルボビン
及び検出コイルの作成方法を示す図で、図中、２０は絶
縁物質と導電体を交互に接着した平板、２１は柔軟性の
ある絶縁物質、２２は導電体、２３は第２図の平板２０
を丸めて円筒形にした円筒体、２４．２５は円筒体２３
と同様の円筒体、２６は内外表面を絶縁被覆した磁性体
、２７は完成した検出コイル、２８．２９はリード線で
ある。

次に作成方法について説明すると、絶縁物質２１と導電
体２２とを交互に接着して第２図に示す平板２０を作成
する。次に平板２０を丸めて第３図に示す円筒体２３を
作成する。こうして作成された径の異なる円筒体２４．
２５を、第４図に示すように内外表面を絶縁被覆した磁
性体２６を間に挟んで嵌合させる。次に第５図に示すよ
うに、円筒体２４．２５の導電体部分の上下端部を交互
に接続して磁性体２６の周囲を巻回した１本の導体線か
らなるコイルを形成し、その両端からリード線２８．２
９を引き出す。このようにして検出コイル２７が完成す
る。

第６図は本発明の磁歪式トルクセンサを適用したセンタ
ーデフ付４輪駆動車の動力伝達系を示す図である。図中
、３０はトランスファ、Ａはセンターデフ機構、Ｂはフ
ロントデフ機構、３１はリングギヤ、３２はフロントデ
フケース、３３はセンターデフ用クラッチ、３４は円錐
コロ軸受、３５は第一中空シャフト、３６はデフキャリ
ヤ、３７はデフピニオン、３８．３９・はサイドギヤ、
４０は第２中空シヤフト、４１はデフキャリヤ、４２は
デフピニオン、４３．４４はサイドギヤ、４５は左前輪
駆動軸、４６は駆動シャフト、４７は右前輪駆動軸、４
８はセンターデフケース、４９は後輪駆動用リングギヤ
、５０はギヤ、５１はドライブピニオンシャフト、５２
は本発明による磁歪式トルクセンサ、５３．５４は励磁
コイル、５５は検出コイル、５６．５７は励磁コイルボ
ビン、５８は検出コイルボビンを示す。

一般に、センターデフ付４輪駆動車において、エンジン
をフロント側に載置した場合には、第３図に示すような
駆動力伝達機構となる。即ち、エンジンの回転は、自動
変速機構（図示せず）を介して適宜変速され、トランス
ファ３０内に配置されたリングギヤ３１を介してフロン
トデフケース３２に伝達される。そして、通常の走行時
においてはセンターデフ用クラッチ３３は解離状態にあ
り、この状態ではフロントデフケース３２の回転は第一
中空シャフト３５を介してセンターデフ機構へのデフキ
ャリヤ３６に伝達され、更にデフピニオン３７から左右
のサイドギヤ３８．３９に伝達される。そして、左サイ
ドギヤ３８の回転は第２中空シヤフト４０を介してフロ
ントデフ機構Ｂのデフキャリヤ４１に伝達され、更にデ
フピニオン４２から左右のサイドギヤ４３．４４に伝達
される。

そして、左サイドギヤ４３から左前輪駆動軸４５へ伝達
され、右サイドギヤ４４からは、第３中空シヤフト４６
、該シャフトとスプライン結合している第４中空シヤフ
ト、第４中空シヤフトとスプライン結合しているシャフ
ト４８を介して右前輪駆動軸４９へ伝達される。一方、
右サイドギヤ３９の回転は該ギヤとスプライン結合して
いるセンターデフケース５０に伝達され、更に、後輪駆
動用リングギヤ５１及びギヤ５２を介してドライブピニ
オンシャフト５３に伝達され、そして図示しないプロペ
ラシャフト及びリヤデフ装置を介して左右の後輪駆動軸
に伝達される。

また、雪路、砂道等で大きな駆動力を必要とする場合、
また車輪がスリップを生じる虞れがある場合には、セン
ターデフ用クラッチ３３を結合させ、センターデフ機構
Ａをロックさせる。この状態ではフロントデフケース３
２の回転はセンターデフ用クラッチ３３を介して直接、
フロントデフ機構Ｂのデフキャリヤ４１に伝達され、更
にデフピニオン４２から左右のサイドギヤ４３．４４に
伝達されてそれぞれ左右の前輪駆動軸４４．４９に伝達
される。これと同時に、フロントデフケース３２及びデ
フキャリヤ４１とそれぞれ中空シャフト３５．４０を介
して一体となっているセンターデフ装置Ａのデフキャリ
ヤ３６及び左サイドギヤ３８が差動運動することなく一
体に回転され、更にこの回転はセンターデフケース５０
に伝達される。これにより、前輪駆動用のデフキャリヤ
４１と同速度の回転が後輪駆動用リングギヤ５１に伝達
されて、左右の後輪駆動軸が駆動される。

次に、前輪駆動軸のトルク測定について説明すると、右
サイドギヤ４４の回転は、駆動シャフト４６、前輪駆動
軸４７に伝達される。トルクセンサ５２は、駆動シャフ
ト４６と共に回転するようにシャフトに嵌合すると共に
、各コイルボビンは剛体的に結合して形成され、シャフ
トが捩しれても変形しないように形成されている。従っ
てトルクセンサ５２は、駆動シャフト４６が捩じれない
状態では駆動シャフト４６と共に回転し１、励磁磁界は
シャフトに平行で、検出コイルには電圧は誘起されない
。一方、駆動シャフト４６にトルクが作用し、シャフト
が捩じれると、シャフトは涙しれた分だけコイルボビン
に対して相対回転する。

そして、シャフトの涙じれによる磁気酌量によりシャフ
トに垂直方向の磁界成分が発生し、そのため検出コイル
５５には電圧が誘起され、この電圧を測定することによ
りトルクを測定することができる。なお、シャフト４６
が回転停止の状態でも測定できることはいうまでもない
。

以上のように本発明によれば、磁歪式トルクセンサのシ
ャフトの径方向の寸法を小さくすることができ、また円
筒形ボビンの軸方向にコイルを巻回する際、円筒形ボビ
ンの内側を通してコイルを巻く必要がなく製造に要する
時間を大幅に節約でき、製造工程の自動化も可能となり
、コスト低減化をはかることができる。また、励磁コイ
ルボビンと検出コイルボビンを剛体的に結合して形成し
、前記各ボビンがシャフトと共に回転しないように取り
つけるようにすることにより、シャフトが回転中であっ
ても停止中であってもトルク測定を行うことができ、こ
れを自動車の駆動軸に取り付けることにより、駆動軸に
作用するトルク測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるトルク測定の原理説明図、第２図
〜第５図は本発明において使用するピックアップコイル
ボビン及び検出コイルの作成方法を示す図、第６図は本
発明の磁歪式トルクセンサを自動車の駆動軸測定に適用
したセンターデフ付４輪駆動車の動力伝達系を示す図、
第７図は従来の磁歪式トルクセンサを示し、同図（Ａ）
は斜視図、同図（Ｂ）は断面図である。１０・・・シャフト、１１．１２・・・励磁コイルボビ
ン、１３．１４・・・励磁用コイル、１５・・・ピック
ア・７ブコイルボビン、１６・・・検出用コイル、１７
・・・平板、２１・・・絶縁物質、２２・・・導電体、
２３・・・円筒体、２４．２５・・・円筒体、２６・・
・磁性体、２７・・・検出コイル、２８．２９・・・リ
ード線、３０・・・トランスファ、Ａ・・・センターデ
フ機構、Ｂ・・・フロントデフ機構、３１・・・リング
ギヤ、３２・・・フロントデフケース、３３・・・セン
ターデフ用クラッチ、３４・・・円錐コロ軸受、３５・
・・第一中空シャフト、３６・・・デフキャリヤ、３７
・・・デフピニオン、３日、３９・・・サイドギヤ、４
０・・・第２中空シヤフト、４１・・・デフキャリヤ、
４２・・・デフピニオン、４３．４４・・・サイドギヤ
、４５・・・左前輪駆動軸、４６・・・駆動シャフト、
４７・・・右前輪駆動軸、４８・・・センターデフケー
ス、４９・・・後輪駆動用リングギヤ、５０・・・ギヤ
、５１・・・ドライブとニオンシャフト、５２・・・磁
歪式トルクセンサ、５３．５４・・・励磁コイル、５５
・・・検出コイル、５６、パフ・・・励磁コイルボビン
、５８・・・検出コイルボビン出　願　人　　アイシン
・ワーナー株式会社代理人弁理士　蛭　川　昌　信（外
２名）図面の浄書（内容に変更ない第２図第３図第４図第５図Ｊ第ｒ図手　続　主書　正　書　（方式）昭和６１年　６月　３日２、発明の名称　磁歪式トルクセンサ３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住　　所　愛知県安城市藤井町高根１０番地名　　称　
アイシン・ワーナー株式会社発送日　　昭和６１年　３
月２５日８、補正の内容（１）別紙の通り代理権を証咀する書面を補充す、る。（２）明細書第１３頁第１４行「第３」を「第６」と補
正する。（３）明細書第１４頁第１１行〜１９行「第３中空シヤ
フト４６・・・５３に伝達され」を［駆動シャフト４６
を介して右前輪駆動軸４７へ伝達される。一方右サイド
ギヤ３９の回転は該ギヤとスプライン結合しているセン
ターデフケース４８に伝達され、更に後輪駆動用リング
ギヤ４９及びギヤ５０を介してドライブピニオンシャフ
ト５１に伝達され」と補正する。（４）明細書第１５頁第１０行「４４．４９」を「４５
．４７」と補正する。（５）明細書第１５頁第１６行「５０」を「４８」と補
正する。（６）明細書第１５頁第１８行「５１」を「４９」と補
正する。（７）明細書第１６頁第３行「回転する」を「回転しな
い」と補正する。（８）明細書第１６頁第８行「駆動シャフト４６と共に
回転し１、」を削除する。（９）明細書第１８頁第４行ｒ　１’　７　Ｊを「２０
」と補正する。（１０）第２図乃至第４図、第６図を別紙の通り補正す
る。

Claims

【特許請求の範囲】（１）シャフトの長さ方向に所定間隔をおき、シャフト
を囲んで配置した励磁コイルボビン上に、前記シャフト
の円周方向且つ同方向に巻回した第１、第２の励磁コイ
ルと、第１、第２の励磁コイルの間に、シャフトを囲ん
で配置した検出コイルボビンにシャフトの長さ方向に巻
回した検出コイルとを備えた磁歪式トルクセンサ（２）前記検出コイルは、絶縁物質と導電体とを交互に
接着した平板を丸めて形成した径の異なる２つの円筒体
を、間に磁性体を挟んで嵌合させ、前記各円筒体の導電
体上下端を交互に接続して形成したものである特許請求
の範囲第１項記載の磁歪式トルクセンサ（３）前記磁性体は、両面を絶縁被覆されている特許請
求の範囲第２項記載の磁歪式トルクセンサ（４）前記励
磁コイルボビンと、前記検出コイルボビンとを剛体的に
結合して形成し、各ボビンがシャフトと共に回転しない
ように取り付られている特許請求の範囲第１項記載の磁
歪式トルクセンサ（５）差動機構のサイドギヤにより駆動される車輪駆動
用シャフトの長さ方向に所定間隔をおき、シャフトを囲
んで配置した励磁コイルボビン上に、前記シャフトの円
周方向且つ同方向に巻回した第１、第２の励磁コイルと
、第１、第２の励磁コイルの間に、シャフトを囲んで配
置した検出コイルボビンにシャフトの長さ方向に巻回し
た検出コイルとを備え、前記励磁コイルボビンと前記検
出コイルボビンとを剛体的に結合して形成した磁歪式ト
ルクセンサ（６）前記検出コイルは、絶縁物質と導電体とを交互に
接着した平板を丸めて形成した径の異なる２つの円筒体
を、間に磁性体を挟んで嵌合させ、前記各円筒体の導電
体上下端を交互に接続して形成したものである特許請求
の範囲第５項記載の磁歪式トルクセンサ（７）前記剛体的に結合して形成したコイルボビンが、
シャフトと共に回転しないように取り付けられている特
許請求の範囲第５項記載の磁歪式トルクセンサ